深入理解MySQL EXPLAIN工具与索引优化最佳实践

一、EXPLAIN 工具介绍

EXPLAIN 是 MySQL 中用于分析 SQL 查询性能的关键工具，它能模拟优化器执行 SQL 语句，帮助我们发现查询性能瓶颈。使用方法很简单：在 SELECT 语句前添加 EXPLAIN 关键字，MySQL 会返回执行计划信息，而不是执行该 SQL。

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EXPLAIN SELECT * FROM table_name WHERE condition;

重要提示：如果 FROM 子句中包含子查询，仍会执行该子查询并将结果放入临时表中。

二、EXPLAIN 的变种

1. EXPLAIN EXTENDED

在 EXPLAIN 基础上额外提供查询优化信息。执行后可通过 SHOW WARNINGS 查看优化后的查询语句，了解优化器做了哪些优化。

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EXPLAIN EXTENDED SELECT * FROM film WHERE id = 1;
SHOW WARNINGS;

新增字段：

filtered：百分比值，表示将要和前一个表进行连接的行数估算（rows * filtered/100）

2. EXPLAIN PARTITIONS

相比 EXPLAIN 多了一个 partitions 字段，如果查询是基于分区表，会显示查询将访问的分区。

三、EXPLAIN 输出列详解

1. id 列

表示 SELECT 的序列号，有几个 SELECT 就有几个 id
id 越大执行优先级越高，id 相同则从上往下执行，id 为 NULL 最后执行

2. select_type 列

表示查询类型：

类型	说明
SIMPLE	简单查询，不包含子查询和 UNION
PRIMARY	复杂查询中最外层的 SELECT
SUBQUERY	包含在 SELECT 中的子查询（不在 FROM 子句中）
DERIVED	包含在 FROM 子句中的子查询，MySQL 会将结果存放在临时表中
UNION	在 UNION 中的第二个和随后的 SELECT

3. table 列

表示当前 EXPLAIN 行正在访问的表。当 FROM 子句中有子查询时，table 列是 <derivedN> 格式，表示依赖 id=N 的查询。

4. type 列

表示关联类型或访问类型，决定 MySQL 如何查找表中的行。从最优到最差依次为：

system > const > eq_ref > ref > range > index > ALL

NULL ：优化阶段分解查询，执行阶段无需访问表或索引
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```
EXPLAIN SELECT MIN(id) FROM film;
```
const, system ：查询某部分被优化为常量，使用主键或唯一索引
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```
EXPLAIN SELECT * FROM (SELECT * FROM film WHERE id = 1) tmp;
```
eq_ref ：主键或唯一索引的所有部分被连接使用，最多返回一条记录
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```
EXPLAIN SELECT * FROM film_actor LEFT JOIN film ON film_actor.film_id = film.id;
```

ref ：使用普通索引或唯一索引的部分前缀，可能找到多条记录

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-- 简单查询
EXPLAIN SELECT * FROM film WHERE name = 'film1';

-- 关联查询
EXPLAIN SELECT film_id FROM film LEFT JOIN film_actor ON film.id = film_actor.film_id;

range ：范围扫描，通常出现在 IN(), BETWEEN, >, < 等操作中
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```
EXPLAIN SELECT * FROM actor WHERE id > 1;
```
index ：扫描全索引，一般为覆盖索引
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```
EXPLAIN SELECT * FROM film;
```
ALL ：全表扫描，最差的访问类型
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```
EXPLAIN SELECT * FROM actor;
```

5. possible_keys 列

显示查询可能使用哪些索引来查找。

6. key 列

显示 MySQL 实际采用哪个索引来优化查询。如果没有使用索引，则为 NULL。

7. key_len 列

显示 MySQL 在索引中使用的字节数，通过该值可推断使用了索引的哪些列。

计算规则：

字符串：char(n)和 varchar(n)，n 代表字符数（UTF-8 下，数字/字母 1 字节，汉字 3 字节）
- char(n)：如果存汉字，长度为 3n 字节
- varchar(n)：如果存汉字，长度为 3n+2 字节（2 字节存储长度）
数值类型：tinyint(1)、smallint(2)、int(4)、bigint(8)
时间类型：date(3)、timestamp(4)、datetime(8)
允许 NULL 的字段：额外 1 字节

8. ref 列

显示在 key 列记录的索引中，表查找值所用到的列或常量，如 const（常量）、字段名等。

9. rows 列

MySQL 估计要读取并检测的行数（不是结果集行数）。

10. filtered 列

百分比值，rows * filtered/100 可估算出将要和前一个表进行连接的行数。

11. Extra 列

展示额外信息，常见重要值：

值	说明
Using index	使用覆盖索引，查询字段都可从索引中获取，不需要回表
Using where	使用 WHERE 语句处理结果，查询列未被索引覆盖
Using index condition	查询列不完全被索引覆盖，WHERE 条件中是前导列的范围
Using temporary	创建临时表处理查询，需要优化
Using filesort	外部排序，数据量大时在磁盘排序，需要优化
Select tables optimized away	使用聚合函数（如 MIN、MAX）访问存在索引的字段

四、索引优化最佳实践

1. 全值匹配

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EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'LiLei';
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'LiLei' AND age = 22;
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'LiLei' AND age = 22 AND position = 'manager';

2. 最左前缀法则

索引多列时，必须从索引最左前列开始且不跳过索引中的列。

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EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'Bill' AND age = 31; -- 有效
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE age = 30 AND position = 'dev'; -- 无效
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE position = 'manager'; -- 无效

MySQL 8.0 新特性：索引跳跃扫描（Index Skip Scan）

在特定条件下，即使不使用最左前缀，MySQL 也能使用索引
限制条件：
1. 查询仅依赖一张表
2. 不能使用 GROUP BY 或 DISTINCT
3. 查询字段必须是索引中的列

3. 不在索引列上做任何操作

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EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'LiLei'; -- 有效
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE LEFT(name, 3) = 'LiLei'; -- 无效

日期处理优化：

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-- 无效
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE DATE(hire_time) = '2018-09-30';

-- 有效
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE hire_time >= '2018-09-30 00:00:00' AND hire_time <= '2018-09-30 23:59:59';

4. 存储引擎不能使用范围条件右边的列

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-- 有效
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'LiLei' AND age = 22 AND position = 'manager';

-- 无效（age为范围条件，position无法使用索引）
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'LiLei' AND age > 22 AND position = 'manager';

5. 尽量使用覆盖索引

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-- 有效（使用覆盖索引）
EXPLAIN SELECT name, age FROM employees WHERE name = 'LiLei' AND age = 23 AND position = 'manager';

-- 无效（需要回表获取其他字段）
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'LiLei' AND age = 23 AND position = 'manager';

6. 避免使用不等于（!=, <>）和 NOT IN

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EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name != 'LiLei'; -- 无法使用索引

7. IS NULL 和 IS NOT NULL 通常无法使用索引

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EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name IS NULL; -- 通常无法使用索引

8. LIKE 查询优化

LIKE 'KK%'：相当于等值查询，可以使用索引
LIKE '%KK' 和 LIKE '%KK%'：相当于范围查询，无法使用索引

解决方案：

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-- 使用覆盖索引
EXPLAIN SELECT name, age, position FROM employees WHERE name LIKE '%Lei%';

-- 无法使用覆盖索引时，考虑使用搜索引擎

9. 字符串必须加单引号

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EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = '1000'; -- 有效
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 1000; -- 无效（字符串未加单引号）

10. 少用 OR 或 IN

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EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'LiLei' OR name = 'HanMeimei'; -- 可能不使用索引

11. 范围查询优化

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-- 无效（MySQL优化器可能选择不走索引）
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE age >= 1 AND age <= 2000;

-- 有效（拆分范围）
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE age >= 1 AND age <= 1000;
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE age >= 1001 AND age <= 2000;

五、MySQL 5.7 与 8.0 的差异

EXPLAIN EXTENDED：
- MySQL 5.7：需要使用 EXPLAIN EXTENDED 和 SHOW WARNINGS
- MySQL 8.0：已废除 EXPLAIN EXTENDED，只需使用 EXPLAIN 即可
索引跳跃扫描：
- MySQL 8.0 引入了索引跳跃扫描，使某些不遵循最左前缀的查询也能使用索引
- MySQL 5.7 不支持索引跳跃扫描
SQL 模式：
- MySQL 8.0 默认开启 ONLY_FULL_GROUP_BY，可能需要调整
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```
-- 关闭ONLY_FULL_GROUP_BY
SET sql_mode=(SELECT REPLACE(@@sql_mode,'ONLY_FULL_GROUP_BY',''));
```

六、总结

EXPLAIN 是优化 SQL 的利器，通过分析执行计划可以发现性能瓶颈。
索引设计需遵循最左前缀原则，但 MySQL 8.0 引入了索引跳跃扫描，提供了一些灵活性。
避免在索引列上做任何操作（计算、函数、类型转换），否则索引失效。
使用覆盖索引可以减少回表操作，提高查询效率。
范围查询需要谨慎处理，避免使用大范围查询导致索引失效。
MySQL 8.0 在索引优化方面有显著改进，但设计索引时仍应遵循最佳实践。

记住：索引不是越多越好，而是越"准"越好。合理设计索引，可以大幅提升数据库查询性能，为应用带来更好的用户体验。